2022/09/16 / 公司活动及新闻
转录的多种终止机制
转录的多种终止机制
2022/09/16
转录到一定程度,就会停止,复合物解体,新生成RNA释放,称为终止转录(termination)。终止通常需要一个标志,即终止子(terminator),DNA模板上的顺式作用元件作为转录终止信号(cis-actingelement)。
元件(element)指DNA上面有一个具有特定功能的序列。相对而言,功效的蛋白质被称为“因子”(factor)。顺式(cis)与反式(trans)拉丁文前缀,是的“在同一侧”和“在另一侧”这两个词在顺反异构中比较容易理解,在分子生物中的用法与早期研究有关。
在早期的分子遗传学研究中,判断一个基因的调节作用往往来自于DNA分子本身仍然来自另一个分子。前者称为顺式作用,例如增强子对启动子的作用;后者称为反式作用,例如蛋白质因子对启动子的作用。顺反子的概念也是如此。
原核生物有两种终止子:依赖生物:ρ因子的终止和不依赖ρ终止因子。ρ因子(Rho)它是一个高度保守的终止因子,拥有绝大多数原核生物。除了终止转录,Rho还有抑制反义转录,影响反义转录tRNA和小调整RNA沉默外源的生成DNA各种功能。
两种终止子都有一个回文结构。简单的终止子有两个对称的包含GC下游还有一个包含A的序列。而依赖于依赖。ρ不需要终止因子GC序列和寡聚a序列。
简单终止子转录RNA后,两段包含GC茎环结构将被破坏RNA和模板DNA混合双链结构。此时,下游恰好结合性较弱AU是的,转录延伸复合物的不稳定性进一步引起,导致聚合酶离解和转录终止。
转录内部终止模型。Biomolecules.2015Jun;5(2):1063–1078.
这种终止也称为内部终止(intrinsictermination)。大肠杆菌中的大多数基因选择内部终止,Rho依赖终止约占20-30%。
大肠杆菌的Rho因子为环形六聚体,每个亚基47KD。亚基N端为RNA结合域,共同构成初始结合点(pri**rybindingsite,PBS)。C端有亚基ATP酶活性,可以水解ATP推动构象变化。
Rho先通过因子PBS识别并结合RNA特定序列(称为Rhoutilizationsite,rut位点),然后打开六聚体环RNA列入环中。RNA与另一侧的第二个结合点(SBS)结合后,环再次关闭,并激活ATP酶活性,消耗ATP向3方向移动,称为易位(translocation)。
Rho依赖转录终止过程。TrendsBiochemSci.2016Aug;41(8):690-699.
这是易位的结果Rho逐渐接近新生RNA3'-尾端,然后RNAP相互作用,触发转录终止。终止的具体机制尚不清楚,有不同的假设,如切割杂合双链,RNAP的变构等。
Rho依赖的转录终止过程具有更丰富的调控方法,包括Rho核糖体和蛋白质因子对终止过程的影响质因子对终止过程的影响等。例如,当rut当位点被核糖体或蛋白质因子占据或产生二级结构时,不能起到终止作用,导致下游序列被转录,即转录通读(transcriptionalreadthrough)。
Rho依赖转录终止和基因表达调控。TrendsBiochemSci.2016Aug;41(8):690-699.
在一些细菌mRNA5'-前导区(leaderregion)里有Rho通过控制依赖的终止子rut位点或RNAP下游基因主体可以通过暂停等方式转录。
真核生物的RNAP有三种终止方式也不同。PolI终止需要转录终止因子TTF-1与rRNA基因下游的终止子结合导致聚合酶暂停。PTRF(PolI和转录物释放因子)介导转录复合物的离解。
RNAPI终止机制。GenesDev.2009Jun1;23(11):1247–1269.
PolIII转录的基因很小,所以终止相对简单。模板链中有一段oligo(dA)(多聚A),转录多聚U后,两者结合较弱,使复合物不稳定。特别的是,它的非模板链oligo(dT)还可参与终止过程,可促进聚合酶暂停和转录本释放。
PolII终止研究最多,主要使用加尾信号作为转录终止信号。mRNA聚腺苷酸化信号5-AAUAAA-一系列的蛋白质因子在3'之后,将被切割,mRNA并添加polyA然后释放RNAP,转录终止。在这个过程中RNAP500-2000个核苷酸仍然可以继续生成。
RNAPII目前释放的具体机制主要有两种:鱼雷模型:(torpedomodel)和变构模型(allostericmodel)。前者觉得,mRNA5'-3'核酸外切酶(Rat1/Xrn2)会降解转录复合物中的其余部分RNA链,逐渐接近RNAPII。打击后会触发复合物解体,导致转录终止。
变形模型感觉延伸复合物(EC)通过polyA位点(PAS)它会导致延伸因子的离解或终止因子的集成,导致复合构象的变化,从而导致转录的终止。这两个模型并不完全相互排斥,有些模型将两者结合起来。还有一些模型认为需要终止PAS,但不一定需要mRNA的切割(MolCell.2015Aug6;59(3):437-48.)。
一种不需要mRNA切割的RNAPII终止模型。MolCell.2015Aug6;59(3):437-48.
上述RNAPII终止方式称为polyA依赖的终止是主要的终止机制。此外,还发现了另一种终止机制,称为终止机制NNS(Nrd1-Nab3-Sen1)依赖的终止。Sen有类似原核Rho因子的功效。
NNS依赖终止。WileyInterdiscipRevRNA.2019Jul-Aug;10(4):e1529.
这种机制主要用于非编码RNA转录的初始终止可以抑制非编码RNA的过多转录(pervasivetranscription),防止其影响编码基因的表达。